JP2019094907A - Turbomachine - Google Patents

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直芳 庄山
Naoyoshi Shoyama
直芳 庄山
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Abstract

To provide a turbomachine having good vibration characteristics.SOLUTION: A turbomachine (100a) of the invention includes a rotary shaft (4), a first disc wheel (3a), a first bearing (1) and a second bearing (2). The first disc wheel (3a) is fixed to the rotary shaft (4) and includes a lower pressure surface (31) which is subjected to relatively low pressure by a working fluid when the rotary shaft (4) rotates. The first bearing (1) is disposed at the lower pressure surface (31) side of the first disc wheel and supports the rotary shaft (4). The second bearing (2) is disposed so as to sandwich the first disc wheel (3a) with the first bearing (1) and supports the rotary shaft (4). The rotary shaft (4) includes a first taper part (41) having a diameter expanding toward the first disc wheel (3a). The first bearing (1) has a first support surface (11) for supporting the first taper part (41).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、ターボ機械に関する。   The present disclosure relates to a turbomachine.

従来、ターボ機械は、翼車の両面に生じる差圧に伴う軸方向荷重(スラスト荷重)を支持するスラスト軸受と、半径方向荷重(ラジアル荷重)を支持するラジアル軸受とをそれぞれ個別に備えている。また、ターボ機械は、スラスト荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受を備えていることもある。また、回転軸の軸受として、テーパー状の軸受が知られている。   Conventionally, turbomachines are individually provided with a thrust bearing that supports an axial load (thrust load) associated with a differential pressure generated on both sides of a impeller, and a radial bearing that supports a radial load (radial load). . Turbomachines may also include angular contact ball bearings that support thrust and radial loads. Moreover, a tapered bearing is known as a bearing of a rotating shaft.

特許文献1には、図9に示すように、タービン302、回転軸303、コンプレッサホイール304、カラー306、軸受307a、及び軸受307bを備えたターボチャージャ300が記載されている。回転軸303には、回転軸303の中間部からタービン302側へ径が徐々に大きくなるテーパー部305が形成されている。カラー306は、回転軸303の中間部からコンプレッサホイール304側へかけて徐々に径が拡大するテーパー状の形状を有する。カラー306は、回転軸303に固着されている。軸受307aは、テーパー部305に対応してテーパー部305よりわずかに大径のテーパー状の軸受である。軸受307bは、カラー306に対応してカラー306よりわずかに大径のテーパー状の軸受である。   Patent Literature 1 describes a turbocharger 300 including a turbine 302, a rotating shaft 303, a compressor wheel 304, a collar 306, a bearing 307a, and a bearing 307b, as shown in FIG. The rotating shaft 303 is formed with a tapered portion 305 whose diameter gradually increases from the middle portion of the rotating shaft 303 to the turbine 302 side. The collar 306 has a tapered shape whose diameter gradually increases from the middle portion of the rotating shaft 303 toward the compressor wheel 304. The collar 306 is fixed to the rotating shaft 303. The bearing 307 a is a tapered bearing having a diameter slightly larger than that of the tapered portion 305 corresponding to the tapered portion 305. The bearing 307 b is a tapered bearing slightly larger in diameter than the collar 306 corresponding to the collar 306.

軸受307a及び軸受307bは、静圧気体軸受である。圧縮気体がテーパー部305及びカラー306の周囲に供給される。これにより、テーパー部305及びカラー306はそれぞれ軸受307a及び軸受307bから浮き上がり、回転軸303が軸受307a及び軸受307bとの間に摩擦を生じることなく回転する。気体の圧力はテーパー部305のテーパー面及びカラー306のテーパー面に対して垂直に作用し、気体の圧力は、ラジアル方向だけでなくスラスト方向にも働く。このため、ターボチャージャ300において、スラスト軸受が不要である。   The bearing 307a and the bearing 307b are static pressure gas bearings. Compressed gas is supplied around the taper 305 and collar 306. As a result, the tapered portion 305 and the collar 306 are lifted from the bearings 307a and the bearings 307b, respectively, and the rotating shaft 303 rotates without causing friction with the bearings 307a and the bearings 307b. The pressure of the gas acts perpendicular to the tapered surface of the tapered portion 305 and the tapered surface of the collar 306, and the pressure of the gas acts not only in the radial direction but also in the thrust direction. For this reason, in the turbocharger 300, a thrust bearing is unnecessary.

特許文献2には、図10に示すように、回転軸501、軸受部材503、軸受部材504、空気軸受506、空気軸受507、流路508、及び流路509を備えた空気軸受装置500が記載されている。空気軸受506は、回転軸501と軸受部材503との間に形成されている。空気軸受507は、回転軸501と軸受部材504との間に形成されている。軸受部材503に流路508が設けられており、軸受部材504に流路509が設けられている。加圧空気が流路508から空気軸受506に供給される。また、加圧空気が流路509から空気軸受507に供給される。空気軸受506及び空気軸受507は、テーパー状に形成され、空気軸受506の大径側及び空気軸受507の大径側が互いに向かい合っている。なお、特許文献2において、空気軸受装置500と回転軸501に取り付けられるべき翼車との位置関係は定かではない。   Patent Document 2 describes an air bearing device 500 including a rotating shaft 501, a bearing member 503, a bearing member 504, an air bearing 506, an air bearing 507, a flow passage 508, and a flow passage 509 as shown in FIG. It is done. The air bearing 506 is formed between the rotating shaft 501 and the bearing member 503. The air bearing 507 is formed between the rotating shaft 501 and the bearing member 504. A channel 508 is provided in the bearing member 503, and a channel 509 is provided in the bearing member 504. Pressurized air is supplied from the flow path 508 to the air bearing 506. In addition, pressurized air is supplied from the flow path 509 to the air bearing 507. The air bearing 506 and the air bearing 507 are formed in a tapered shape, and the large diameter side of the air bearing 506 and the large diameter side of the air bearing 507 face each other. In Patent Document 2, the positional relationship between the air bearing device 500 and the impeller to be attached to the rotating shaft 501 is not clear.

特開昭62−13816号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-13816 特開昭58−196319号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-196319

特許文献1に記載のターボチャージャ300によれば、回転軸303が回転するときのターボチャージャ300の振動特性について改良の余地を有する。そこで、本開示は、良好な振動特性を有するターボ機械を提供する。   According to the turbocharger 300 described in Patent Document 1, there is room for improvement in the vibration characteristics of the turbocharger 300 when the rotating shaft 303 rotates. Thus, the present disclosure provides a turbomachine having good vibration characteristics.

本開示は、
常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を作動流体として 用いた冷凍サイクル装置のためのターボ機械であって、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記回転軸が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける低圧面を含む第一翼車と、
前記第一翼車の前記低圧面側に配置され、前記回転軸を支持する第一軸受と、
前記第一翼車を挟んで前記第一軸受と反対側で前記回転軸を支持する第二軸受と、を備え、
前記回転軸は、少なくとも前記第一軸受によって支持されている領域において前記第一翼車の低圧面に向かって拡大する直径を有する第一テーパー部を含み、
前記第一軸受は、前記第一翼車の低圧面に向かって直径が拡大する第一支持面を有して前記第一テーパー部を支持し、
前記第一軸受、前記第一翼車、及び前記第二軸受が前記回転軸の長さ方向に沿ってこの順に配置されている、
ターボ機械を提供する。
The present disclosure
A turbo machine for a refrigeration cycle apparatus using a refrigerant whose saturation vapor pressure at normal temperature is a negative pressure as a working fluid,
With the rotation axis,
A first impeller fixed to the rotating shaft and including a low pressure surface which receives a relatively low pressure by the working fluid as the rotating shaft rotates;
A first bearing disposed on the low pressure surface side of the first impeller and supporting the rotating shaft;
And a second bearing that supports the rotating shaft on the side opposite to the first bearing with the first impeller interposed therebetween.
The rotating shaft includes a first tapered portion having a diameter that expands toward the low pressure surface of the first impeller at least in the region supported by the first bearing,
The first bearing has a first support surface whose diameter increases toward the low pressure surface of the first impeller to support the first tapered portion.
The first bearing, the first impeller, and the second bearing are disposed in this order along the longitudinal direction of the rotation shaft.
Provide turbomachinery.

上記のターボ機械は、良好な振動特性を有する。   The above turbomachine has good vibration characteristics.

第1実施形態の一例に係るターボ機械の断面図Sectional view of a turbomachine according to an example of the first embodiment 第1実施形態の別の例に係るターボ機械の断面図Sectional view of a turbomachine according to another example of the first embodiment 第2実施形態の一例に係るターボ機械の断面図Sectional view of a turbomachine according to an example of the second embodiment 第2実施形態の別の例に係るターボ機械の断面図Sectional view of a turbomachine according to another example of the second embodiment 第1変形例に係る第一テーパー部及び第一軸受の断面図Sectional drawing of the 1st taper part and the 1st bearing concerning the 1st modification 第1変形例に係る第二テーパー部及び第二軸受の断面図Sectional drawing of the 2nd taper part and the 2nd bearing concerning the 1st modification 第1変形例の効果を説明するグラフGraph explaining the effect of the first modification 第2変形例に係る第一テーパー部及び第一軸受の断面図Sectional drawing of the 1st taper part and the 1st bearing concerning the 2nd modification 第2変形例に係る第二テーパー部及び第二軸受の断面図Sectional drawing of the 2nd taper part and the 2nd bearing concerning the 2nd modification 第3変形例に係る第一テーパー部及び第一軸受の断面図Sectional drawing of the 1st taper part and the 1st bearing concerning the 3rd modification 第3変形例に係る第二テーパー部及び第二軸受の断面図Sectional drawing of the 2nd taper part and the 2nd bearing concerning the 3rd modification 従来のターボチャージャを示す断面図Cross section showing a conventional turbocharger 従来の空気軸受装置を示す断面図Cross-sectional view showing a conventional air bearing device

(本開示の基礎となった知見)
本発明者らは、常温(日本工業規格:20℃±15℃/JIS Z8703)で飽和蒸気圧が負圧(絶対圧で大気圧よりも低い圧力)である作動流体が用いられ、吐出される作動流体の圧力が負圧であるターボ機械を検討した。その結果、以下の知見を得た。
作動流体として常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を用いる冷凍サイクル装置では、作動流体として常温での飽和蒸気圧が正圧である冷媒を用いる冷凍サイクル装置に比して、ターボ機械においてより高い圧力比を実現することが要求される。そのため、ターボ機械は回転体の回転数として極めて高い回転数が必要になる。また、これに起因してターボ機械において、共振による異常振動が生じ易くなる。本発明者らは、鋭意検討したところ、軸方向の回転体の質量分布を重心位置から近い位置に偏らせ、回転体の曲げ固有振動数を増大させることで、回転体の曲げ固有振動数を定格回転数よりも高くし、これにより共振による異常振動を抑制できることを見出した。
上記知見に基づき、本発明者らは、以下に説明する各態様の発明を想到するに至った。
(Findings that formed the basis of this disclosure)
The present inventors use and discharge a working fluid whose saturated vapor pressure is a negative pressure (absolute pressure and lower than atmospheric pressure) at normal temperature (Japanese Industrial Standard: 20 ° C. ± 15 ° C./JIS Z 8703) We examined a turbomachine where the pressure of the working fluid was negative. As a result, the following findings were obtained.
In a refrigeration cycle apparatus using a refrigerant whose saturation vapor pressure at normal temperature is a negative pressure as a working fluid, compared to a refrigeration cycle apparatus using a refrigerant whose saturation vapor pressure at normal temperature is a positive pressure as a working fluid, It is required to realize a higher pressure ratio. Therefore, the turbomachine requires extremely high rotational speed as the rotational speed of the rotating body. Further, due to this, in the turbo machine, abnormal vibration due to resonance is likely to occur. The inventors of the present invention conducted intensive studies, and biased the mass distribution of the rotating body in the axial direction to a position close to the center of gravity and increased the bending natural frequency of the rotating body to obtain the bending natural frequency of the rotating body. It has been found that the rotational speed can be made higher than the rated rotational speed, thereby suppressing abnormal vibration due to resonance.
Based on the above findings, the present inventors have conceived of the invention of each aspect described below.

本開示の第1態様にかかるターボ機械は、
常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を作動流体として 用いた冷凍サイクル装置のためのターボ機械であって、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記回転軸が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける低圧面を含む第一翼車と、
前記第一翼車の前記低圧面側に配置され、前記回転軸を支持する第一軸受と、
前記第一翼車を挟んで前記第一軸受と反対側で前記回転軸を支持する第二軸受と、を備え、
前記回転軸は、少なくとも前記第一軸受によって支持されている領域において前記第一翼車の低圧面に向かって拡大する直径を有する第一テーパー部を含み、
前記第一軸受は、前記第一翼車の低圧面に向かって直径が拡大する第一支持面を有して前記第一テーパー部を支持し、
前記第一軸受、前記第一翼車、及び前記第二軸受が前記回転軸の長さ方向に沿ってこの順に配置されている、ものである。
A turbomachine according to a first aspect of the present disclosure is
A turbo machine for a refrigeration cycle apparatus using a refrigerant whose saturation vapor pressure at normal temperature is a negative pressure as a working fluid,
With the rotation axis,
A first impeller fixed to the rotating shaft and including a low pressure surface which receives a relatively low pressure by the working fluid as the rotating shaft rotates;
A first bearing disposed on the low pressure surface side of the first impeller and supporting the rotating shaft;
And a second bearing that supports the rotating shaft on the side opposite to the first bearing with the first impeller interposed therebetween.
The rotating shaft includes a first tapered portion having a diameter that expands toward the low pressure surface of the first impeller at least in the region supported by the first bearing,
The first bearing has a first support surface whose diameter increases toward the low pressure surface of the first impeller to support the first tapered portion.
The first bearing, the first impeller, and the second bearing are disposed in this order along the longitudinal direction of the rotating shaft.

第1態様によれば、第一軸受及び第二軸受によって、比較的大きな質量を有する第一翼車が挟まれている。このため、回転軸を含む回転体の質量分布が重心位置から離れた位置に偏ることが抑制される。これにより、回転軸を含む回転体の曲げ固有振動数が比較的高く、回転軸が高速で回転しても共振による異常振動が発生しにくい。その結果、第1態様に係るターボ機械は良好な振動特性を有する。   According to the first aspect, the first bearing having the relatively large mass is sandwiched by the first bearing and the second bearing. For this reason, it is suppressed that the mass distribution of the rotating body including the rotation axis is biased to a position away from the center of gravity position. As a result, the bending natural frequency of the rotating body including the rotation axis is relatively high, and even if the rotation axis rotates at high speed, abnormal vibration due to resonance does not easily occur. As a result, the turbomachine according to the first aspect has good vibration characteristics.

また、第1態様によれば、第一軸受が第一テーパー部を支持するための第一支持面を有し、第一軸受が第一翼車の低圧面側に配置されている。第一テーパー部の直径は第一翼車に向かって拡大している。このため、回転軸の中央部分における断面積が比較的大きくなるように回転軸を形成できる。これにより、回転軸を含む回転体の曲げ固有振動数が比較的高く、回転軸が高速で回転しても共振による異常振動が発生しにくい。さらに、第1態様によれば、第一軸受が第一翼車の低圧面側に配置されているので、第一翼車から第一軸受へ向かう向きのスラスト荷重を第一軸受によって支持できる。   Further, according to the first aspect, the first bearing has a first support surface for supporting the first tapered portion, and the first bearing is disposed on the low pressure surface side of the first impeller. The diameter of the first taper increases towards the first impeller. Therefore, the rotation axis can be formed such that the cross-sectional area at the central portion of the rotation axis is relatively large. As a result, the bending natural frequency of the rotating body including the rotation axis is relatively high, and even if the rotation axis rotates at high speed, abnormal vibration due to resonance does not easily occur. Furthermore, according to the first aspect, since the first bearing is disposed on the low pressure surface side of the first impeller, the thrust load in the direction from the first impeller toward the first bearing can be supported by the first bearing.

また、第1態様によれば、作動流体として、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いている。
前述の通り、作動流体として、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いる場合、ターボ機械は前記インペラの回転数として高い回転数が必要になる。また、これに起因してターボ機械において、共振による異常振動が生じ易くなる。これに対して、第1態様のターボ機械は、作動流体として、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いつつ、共振による異常振動を抑制することができる。
さらに、作動流体として、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いる場合、そのターボ機械が高圧力比(例えば、圧力比2以上)のターボ圧縮機であっても、発生するスラスト荷重は非常に小さい。そのため、第1態様によれば、回転により生じるスラスト荷重を第一テーパー部を支持するための第一支持面を有する第一軸受(例えば、テーパーすべり軸受)単独で支持することができる。このように、第1態様は、スラスト軸受及びラジアル軸受をそれぞれ別個に備えたターボ機械に比して、装置構成が簡素である点で優れている。
Further, according to the first aspect, a refrigerant whose saturated vapor pressure at normal temperature is a negative pressure is used as the working fluid.
As described above, when a refrigerant whose saturated vapor pressure at normal temperature is a negative pressure is used as the working fluid, the turbo machine needs a high rotational speed as the rotational speed of the impeller. Further, due to this, in the turbo machine, abnormal vibration due to resonance is likely to occur. On the other hand, the turbomachine of the first aspect can suppress abnormal vibration due to resonance while using a refrigerant whose saturated vapor pressure at normal temperature is a negative pressure as the working fluid.
Furthermore, when a refrigerant whose saturated vapor pressure at normal temperature is a negative pressure is used as the working fluid, the thrust load generated is a turbo compressor even if the turbo machine is a high pressure ratio (for example, a pressure ratio of 2 or more) Very small. Therefore, according to the first aspect, it is possible to support the thrust load generated by the rotation by the first bearing (for example, the tapered slide bearing) having the first support surface for supporting the first tapered portion alone. Thus, the first aspect is superior to a turbomachine provided with thrust bearings and radial bearings separately, in that the device configuration is simple.

本開示の第1態様は、特許文献1に開示のターボチャージャに比して、以下の点で優れている。
特許文献1に記載されたターボチャージャ500によれば、回転軸303の径が回転軸303の中央部分で最も細く、回転軸303の先端にコンプレッサホイール304が取り付けられている。このため、回転軸303及びコンプレッサホイール304を含む回転体の曲げ固有振動数が低く、回転軸303が高速で回転するときに共振による異常振動が回転軸303に発生する可能性がある。
これに対し、本開示のターボ機械によると、上述の通り、第一テーパー部の直径は第一翼車に向かって拡大している。このため、回転軸の中央部分における断面積が比較的大きくなるように回転軸を形成できる。これにより、回転軸を含む回転体の曲げ固有振動数が比較的高く、回転軸が高速で回転しても共振による異常振動が発生しにくい。
さらに、特許文献1に開示のターボチャージャ500は、その構成上、回転軸303又はケーシングを少なくとも2分割することが必要となる。そのため、これに起因して、剛性が不足したり、振動が発生する等の課題が生じることが予測される。これに対して、第1態様のターボ機械は、このような課題が生じない点で優れている。
The first aspect of the present disclosure is superior to the turbocharger disclosed in Patent Document 1 in the following points.
According to the turbocharger 500 described in Patent Document 1, the diameter of the rotating shaft 303 is the narrowest at the central portion of the rotating shaft 303, and the compressor wheel 304 is attached to the tip of the rotating shaft 303. Therefore, the bending natural frequency of the rotating body including the rotating shaft 303 and the compressor wheel 304 is low, and abnormal vibration due to resonance may occur in the rotating shaft 303 when the rotating shaft 303 rotates at high speed.
On the other hand, according to the turbomachine of the present disclosure, as described above, the diameter of the first tapered portion is expanded toward the first impeller. Therefore, the rotation axis can be formed such that the cross-sectional area at the central portion of the rotation axis is relatively large. As a result, the bending natural frequency of the rotating body including the rotation axis is relatively high, and even if the rotation axis rotates at high speed, abnormal vibration due to resonance does not easily occur.
Furthermore, the turbocharger 500 disclosed in Patent Document 1 requires at least two divisions of the rotating shaft 303 or the casing due to its configuration. Therefore, it is predicted that this causes problems such as insufficient rigidity and generation of vibration. On the other hand, the turbomachine of the first aspect is excellent in that such a problem does not occur.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様にかかるターボ機械は、前記回転軸に固定された第二翼車をさらに備え、前記第一軸受、前記第一翼車、前記第二翼車、及び前記第二軸受が前記回転軸の長さ方向に沿ってこの順に配置されていてもよい。第2態様によれば、ターボ機械が、例えばターボ圧縮機である場合、二段圧縮により圧縮効率が向上し高い圧力比を達成できる。   In the second aspect of the present disclosure, for example, the turbomachine according to the first aspect further includes a second impeller fixed to the rotation shaft, the first bearing, the first impeller, and the second impeller And the second bearing may be disposed in this order along the longitudinal direction of the rotation shaft. According to the second aspect, when the turbomachine is, for example, a turbocompressor, the compression efficiency can be improved by the two-stage compression to achieve a high pressure ratio.

本開示の第3態様において、例えば、第2態様にかかるターボ機械の前記第二翼車における、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面は、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に高い圧力を受ける面よりも、前記第二軸受に近くしてもよい。第3態様によれば、第一翼車によって発生するスラスト荷重と第二翼車によって発生するスラスト荷重とが反対向きとなるので、これらが相殺される。これにより、ターボ機械が、例えばターボ圧縮機である場合、運転可能な圧力比の範囲が広がる。   In the third aspect of the present disclosure, for example, in the second impeller of the turbomachine according to the second aspect, the surface receiving a relatively low pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates is the rotation shaft The second bearing may be closer to the second bearing than a surface that receives a relatively higher pressure by the working fluid as it rotates. According to the third aspect, since the thrust load generated by the first impeller and the thrust load generated by the second impeller are in opposite directions, these are offset. As a result, when the turbomachine is, for example, a turbocompressor, the range of operable pressure ratios is expanded.

本開示の第4態様において、第2態様にかかるターボ機械の前記第二翼車における、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に高い圧力を受ける面は、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面よりも、前記第二軸受に近くしてもよい。第4態様によれば、第一翼車と第二翼車との間の作動流体の流路が短くなり、ターボ機械を小型化できる。   In a fourth aspect of the present disclosure, in the second impeller of the turbomachine according to the second aspect, the surface receiving a relatively high pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates has the rotation shaft rotated. The second bearing may be closer to the second bearing than a surface which receives a relatively lower pressure by the working fluid. According to the fourth aspect, the flow path of the working fluid between the first impeller and the second impeller is shortened, and the turbomachine can be miniaturized.

本開示の第5態様において、第1態様〜第4態様のいずれか1つにかかるターボ機械の前記第一支持面によって形成されたテーパー穴の中心軸線に対する前記第一支持面の傾斜角は、前記回転軸の中心軸線に対する前記第一テーパー部の傾斜角よりも大きくしてもよい。第5態様によれば、回転軸の軸方向において、第一支持面と第一テーパー部との間の潤滑剤にかかる圧力がばらつくことを防止できる。このため、軸受負荷の空間的なばらつきを防止して軸受負荷容量を増加させることができる。   In a fifth aspect of the present disclosure, the inclination angle of the first support surface with respect to the central axis of the tapered hole formed by the first support surface of the turbomachine according to any one of the first to fourth aspects is: The inclination angle of the first tapered portion with respect to the central axis of the rotation axis may be larger. According to the fifth aspect, the pressure applied to the lubricant between the first support surface and the first tapered portion can be prevented from being dispersed in the axial direction of the rotation shaft. Therefore, it is possible to prevent the spatial variation of the bearing load and to increase the bearing load capacity.

本開示の第6態様において、第1態様〜第5態様のいずれか1つのターボ機械にかかる前記第一軸受は、前記第一支持面に潤滑剤を供給するための第一供給孔を有していてもよい。第6態様によれば、第一支持面に潤滑剤を供給でき、潤滑剤の枯渇による焼き付きを防止できる。   In a sixth aspect of the present disclosure, the first bearing according to any one of the first to fifth aspects has a first supply hole for supplying a lubricant to the first support surface. It may be According to the sixth aspect, the lubricant can be supplied to the first support surface, and seizure due to exhaustion of the lubricant can be prevented.

本開示の第7態様において、第6態様にかかるターボ機械の前記第一供給孔は、前記第一テーパー部の直径が最大となる端部よりも前記第一テーパー部の直径が最小となる端部に近い位置に設けられていてもよい。第7態様によれば、潤滑剤の圧力が比較的小さい第一テーパー部の小径側に潤滑剤による静圧効果を優先的に付与できる。これにより、第一軸受全体の軸受負荷容量が増加する。   In a seventh aspect of the present disclosure, the first feed hole of the turbomachine according to the sixth aspect is an end where the diameter of the first tapered portion is smaller than the end where the diameter of the first tapered portion is the largest. It may be provided at a position close to the unit. According to the seventh aspect, the static pressure effect by the lubricant can be given preferentially to the small diameter side of the first tapered portion where the pressure of the lubricant is relatively small. This increases the bearing load capacity of the entire first bearing.

本開示の第8態様において、第6態様又は第7態様にかかるターボ機械の前記第一軸受は、前記第一支持面の全部又は一部を形成する第一多孔質部材を備えていてもよい。第8態様によれば、第一軸受において、潤滑剤の温度又は圧力の空間的なばらつきを抑制できる。   In an eighth aspect of the present disclosure, the first bearing of the turbomachine according to the sixth aspect or the seventh aspect includes the first porous member forming all or a part of the first support surface. Good. According to the eighth aspect, in the first bearing, spatial variations in temperature or pressure of the lubricant can be suppressed.

本開示の第9態様において、第1態様〜第8態様のいずれか1つにかかるターボ機械の前記回転軸が重力方向に延びており、前記第一翼車における、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面は、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に高い圧力を受ける面よりも、前記重力方向の上向きに位置していてもよい。第9態様によれば、回転軸の回転によって発生するスラスト荷重を、回転軸を含む回転体に働く重力によって相殺できる。これにより、ターボ機械が、例えばターボ圧縮機である場合、運転可能な圧力比の範囲が広がる。   In a ninth aspect of the present disclosure, when the rotation axis of the turbomachine according to any one of the first to eighth aspects extends in a gravity direction, and the rotation axis of the first impeller rotates. The surface receiving a relatively lower pressure by the working fluid may be located higher in the direction of gravity than the surface receiving a relatively higher pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates. . According to the ninth aspect, the thrust load generated by the rotation of the rotation shaft can be offset by the gravity acting on the rotating body including the rotation shaft. As a result, when the turbomachine is, for example, a turbocompressor, the range of operable pressure ratios is expanded.

本開示の第10態様において、第1態様〜第9態様のいずれか1つにかかるターボ機械の前記第二軸受に対応する位置に、前記第一翼車に向かって拡大する直径を有する第二テーパー部を有し、前記第二軸受は、前記第一翼車に向かって直径が拡大する第二支持面を有して前記第二テーパー部を支持してもよい。第10態様によれば、第一翼車から第一軸受へ向かう向きと反対向きのスラスト荷重を第二軸受によって支持できる。   In a tenth aspect of the present disclosure, a second of the turbomachine according to any one of the first to ninth aspects, having a diameter increasing toward the first impeller at a position corresponding to the second bearing of the turbomachine The second bearing may have a tapered portion, and the second bearing may have a second support surface whose diameter increases toward the first impeller to support the second tapered portion. According to the tenth aspect, the second bearing can support the thrust load in the opposite direction to the direction from the first impeller to the first bearing.

本開示の第11態様において、第10態様にかかるターボ機械の前記第二支持面によって形成されたテーパー穴の中心軸線に対する前記第二支持面の傾斜角が前記回転軸の中心軸線に対する前記第二テーパー部の傾斜角よりも大きくしてもよい。第11態様によれば、回転軸の軸方向において、第二支持面と第二テーパー部との間の潤滑剤にかかる圧力がばらつくことを防止できる。このため、軸受負荷の空間的なばらつきを防止して軸受負荷容量を増加させることができる。   In an eleventh aspect of the present disclosure, the tilt angle of the second support surface with respect to the central axis of the tapered hole formed by the second support surface of the turbomachine according to the tenth aspect is the second angle with respect to the central axis of the rotation axis. It may be larger than the inclination angle of the tapered portion. According to the eleventh aspect, it is possible to prevent the pressure applied to the lubricant between the second support surface and the second tapered portion from being dispersed in the axial direction of the rotation shaft. Therefore, it is possible to prevent the spatial variation of the bearing load and to increase the bearing load capacity.

本開示の第12態様において、第10態様又は第11態様にかかるターボ機械の前記第二軸受は、前記第二支持面に潤滑剤を供給するための第二供給孔を有してもよい。第12態様によれば、第二支持面に潤滑剤を供給でき、潤滑剤の枯渇による焼き付きを防止できる。   In a twelfth aspect of the present disclosure, the second bearing of the turbomachine according to the tenth aspect or the eleventh aspect may have a second supply hole for supplying a lubricant to the second support surface. According to the twelfth aspect, the lubricant can be supplied to the second support surface, and seizure due to exhaustion of the lubricant can be prevented.

本開示の第13態様において、第12態様にかかるターボ機械の前記第二供給孔は、前記第二テーパー部の直径が最大となる端部よりも前記第二テーパー部の直径が最小となる端部に近い位置に設けられていてもよい。第13態様によれば、潤滑剤の圧力が比較的小さい第二テーパー部の小径側に潤滑剤による静圧効果を優先的に付与できる。これにより、第二軸受全体の軸受負荷容量が増加する。   In a thirteenth aspect of the present disclosure, the second supply hole of the turbomachine according to the twelfth aspect is an end where the diameter of the second tapered portion is smaller than the end where the diameter of the second tapered portion is the largest. It may be provided at a position close to the unit. According to the thirteenth aspect, the static pressure effect of the lubricant can be preferentially imparted to the small diameter side of the second tapered portion where the pressure of the lubricant is relatively small. This increases the bearing load capacity of the entire second bearing.

本開示の第14態様において、第12態様又は第13態様にかかるターボ機械の前記第二軸受は、前記第二支持面の全部又は一部を形成する第二多孔質部材を備えていてもよい。第14態様によれば、第二軸受において、潤滑剤の温度又は圧力の空間的なばらつきを抑制できる。   In a fourteenth aspect of the present disclosure, the second bearing of the turbomachine according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect includes the second porous member forming all or a part of the second support surface. Good. According to the fourteenth aspect, spatial variations in the temperature or pressure of the lubricant can be suppressed in the second bearing.

本開示の第15態様にかかるターボ機械は、
常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を用いた冷凍サイクル装置のためのターボ機械であって、
回転軸と、
前記回転軸が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける低圧面及び前記低圧面に対向する高圧面を有し、前記低圧面と前記高圧面との圧力差により生ずる力を前記高圧面から前記低圧面に向けて生じさせる第一翼車と、
前記第一翼車の低圧面側において前記回転軸を支持する第一軸受と、を具備し、
前記第一翼車及び前記回転軸を含めた回転体の重心は、前記第一翼車の高圧側に位置し、
前記回転軸は、前記第一翼車の低圧面側において前記第一翼車の低圧面に向かって拡大する直径の第一テーパー部を有し、
前記第一軸受は、前記第一テーパー部を支持し、前記第一翼車の低圧面に向かって拡大する直径の第一支持面を有する、ものである。
A turbomachine according to a fifteenth aspect of the present disclosure is
A turbo machine for a refrigeration cycle apparatus using a refrigerant whose saturated vapor pressure at normal temperature is a negative pressure,
With the rotation axis,
It has a low pressure surface which receives a relatively low pressure by the working fluid when the rotary shaft rotates, and a high pressure surface which faces the low pressure surface, and the force generated by the pressure difference between the low pressure surface and the high pressure surface is the high pressure A first impeller generated from the surface toward the low pressure surface;
A first bearing that supports the rotating shaft on the low pressure surface side of the first impeller;
The center of gravity of the rotating body including the first impeller and the rotation axis is located on the high pressure side of the first impeller,
The rotating shaft has a first tapered portion with a diameter that expands toward the low pressure surface of the first impeller on the low pressure surface side of the first impeller.
The first bearing supports the first tapered portion and has a first support surface of a diameter that increases toward the low pressure surface of the first impeller.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらによって限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The following description relates to an example of the present disclosure, and the present disclosure is not limited thereto.

<第1実施形態>
図1に示すように、ターボ機械100aは、回転軸4と、第一翼車3aと、第一軸受1と、第二軸受2とを備えている。ターボ機械100aは、例えば、ターボ圧縮機である。第一翼車3aは、回転軸4に固定されている。また、第一翼車3aは、低圧面31を含む。低圧面31は、第一翼車3aの軸方向の両面のうち、回転軸4が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面である。第一軸受1は、第一翼車3aの低圧面31側に配置されている。また、第一軸受1は回転軸4を支持するための軸受である。第一軸受1は、第一翼車3aの作動流体が供給される側で、回転軸4の先端付近を支持している。第二軸受2は、第一軸受1と共に第一翼車3aを挟むように配置されている。第二軸受2は、回転軸4を支持するための軸受である。第二軸受2は、第一翼車3aの低圧面31とは反対側に配置されている。回転軸4は、第一翼車3aに向かって拡大する直径を有する第一テーパー部41を含む。第一テーパー部41は、第一翼車3aの低圧面31側に形成されている。第一軸受1は、第一テーパー部41を支持するための第一支持面11を有する。
First Embodiment
As shown in FIG. 1, the turbomachine 100 a includes a rotating shaft 4, a first impeller 3 a, a first bearing 1, and a second bearing 2. The turbo machine 100a is, for example, a turbo compressor. The first impeller 3 a is fixed to the rotation shaft 4. The first impeller 3 a also includes a low pressure surface 31. The low pressure surface 31 is a surface which receives relatively low pressure by the working fluid when the rotary shaft 4 rotates, of both the axial direction of the first impeller 3a. The first bearing 1 is disposed on the low pressure surface 31 side of the first impeller 3a. The first bearing 1 is a bearing for supporting the rotating shaft 4. The first bearing 1 supports the vicinity of the tip of the rotary shaft 4 on the side to which the working fluid of the first impeller 3 a is supplied. The second bearing 2 is arranged to sandwich the first impeller 3 a together with the first bearing 1. The second bearing 2 is a bearing for supporting the rotating shaft 4. The second bearing 2 is disposed on the opposite side of the low pressure surface 31 of the first impeller 3a. The rotation shaft 4 includes a first tapered portion 41 having a diameter that expands toward the first impeller 3a. The first tapered portion 41 is formed on the low pressure surface 31 side of the first impeller 3a. The first bearing 1 has a first support surface 11 for supporting the first tapered portion 41.

ターボ機械100aは、ケーシング5及びモータ6をさらに備える。第一翼車3aとモータ6とは、回転軸4によって連結されている。第二軸受2は、モータ6よりも第一翼車3aから遠い位置に配置されている。第一翼車3aの外周側にはケーシング5によって吐出流路71が形成されている。モータ6が駆動されることによって、回転軸4と共に第一翼車3aが高速で回転する。これにより、第一翼車3aの前方(図1における第一翼車3aの左側)から第一翼車3aに向かって作動流体が流れる。作動流体は回転している第一翼車3aによって加速され、かつ、加圧され、吐出流路71を通ってターボ機械100aから吐出される。このとき、図1における第一翼車3aの左側の面は作動流体の吸込圧力を受け、第一翼車3aの右側の面は作動流体の吐出圧力にほぼ等しい圧力を受ける。すなわち、低圧面31は、回転軸4が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける。このため、第一翼車3aの軸方向の両面で差圧が生じ、この差圧により回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体に、図1の左方向へのスラスト荷重が発生する。第一軸受1は、例えば、すべり軸受として構成されており、第一支持面11と第1テーパー部41との間には潤滑剤が含まれている。第一支持面11によって、第一テーパー部41よりもわずかに大きい径を有するテーパー穴が形成されている。すなわち、第一支持面11によって第一翼車3aに向かって穴径が拡大するテーパー穴が形成されている。これにより、発生したスラスト荷重が支持される。   Turbo machine 100 a further includes a casing 5 and a motor 6. The first impeller 3 a and the motor 6 are connected by the rotating shaft 4. The second bearing 2 is disposed at a position farther from the first impeller 3 a than the motor 6. A discharge passage 71 is formed by the casing 5 on the outer peripheral side of the first impeller 3a. By driving the motor 6, the first impeller 3a is rotated at high speed along with the rotation shaft 4. Thus, the working fluid flows from the front of the first impeller 3a (left side of the first impeller 3a in FIG. 1) toward the first impeller 3a. The working fluid is accelerated and pressurized by the rotating first impeller 3 a and discharged from the turbomachine 100 a through the discharge passage 71. At this time, the left surface of the first impeller 3a in FIG. 1 receives the suction pressure of the working fluid, and the right surface of the first impeller 3a receives a pressure substantially equal to the discharge pressure of the working fluid. That is, the low pressure surface 31 receives relatively low pressure by the working fluid when the rotating shaft 4 rotates. Therefore, a differential pressure is generated on both sides in the axial direction of the first impeller 3a, and this differential pressure generates a thrust load in the left direction of FIG. 1 on the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a. . The first bearing 1 is configured as, for example, a slide bearing, and a lubricant is included between the first support surface 11 and the first tapered portion 41. The first support surface 11 forms a tapered hole having a diameter slightly larger than that of the first tapered portion 41. That is, a tapered hole whose diameter is enlarged toward the first impeller 3 a is formed by the first support surface 11. Thereby, the generated thrust load is supported.

ターボ機械100aにおいては、第一軸受1及び第二軸受2によって、比較的大きな質量を有する第一翼車3aが挟まれている。このため、回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体の質量分布が重心位置から遠く離れた位置に偏ることが抑制され、回転体の曲げ固有振動数が低下することが抑制される。これにより、回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体の曲げ固有振動数を回転体の回転数よりも十分に高くできる。このため、回転体の回転数と、回転体の曲げ固有振動数とが近接しないため、回転軸4が高速で回転しても共振による異常振動が発生しにくい。その結果、ターボ機械100aが良好な振動特性を有する。   In the turbo machine 100a, the first impeller 3a having a relatively large mass is sandwiched between the first bearing 1 and the second bearing 2. For this reason, it is suppressed that the mass distribution of the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a is biased to a position far away from the center of gravity position, and the reduction of the bending natural frequency of the rotating body is suppressed. Thereby, the bending natural frequency of the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a can be sufficiently higher than the rotation speed of the rotating body. For this reason, since the rotation speed of the rotating body and the bending natural frequency of the rotating body are not close to each other, abnormal vibration due to resonance does not easily occur even if the rotating shaft 4 rotates at high speed. As a result, the turbomachine 100a has good vibration characteristics.

回転体の曲げ固有振動数は回転軸の断面積が大きい程増加し、特に曲げ1次振動モードにおける「腹」に相当する回転軸の中央部分の断面積が回転体の曲げ固有振動数に最も大きく影響する。第一軸受1が第一テーパー部41を支持するための第一支持面11を有し、第一軸受1が第一翼車3aの低圧面31側に配置されている。第一テーパー部41の直径は第一翼車3aに向かって拡大している。このため、回転軸4の中央部分における断面積が比較的大きくなるように回転軸4を形成できる。これにより、回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体の曲げ固有振動数が比較的高く、回転軸4が高速で回転しても共振による異常振動が発生しにくい。その結果、ターボ機械100aが良好な振動特性を有する。   The bending natural frequency of the rotating body increases as the cross-sectional area of the rotating shaft increases, and in particular, the cross-sectional area of the central portion of the rotating shaft corresponding to "antinode" in the primary bending mode of vibration is the most suitable for the bending natural frequency of the rotating body. It greatly affects. The first bearing 1 has a first support surface 11 for supporting the first tapered portion 41, and the first bearing 1 is disposed on the low pressure surface 31 side of the first impeller 3a. The diameter of the first tapered portion 41 is expanded toward the first impeller 3a. For this reason, the rotation shaft 4 can be formed so that the cross-sectional area in the center part of the rotation shaft 4 becomes comparatively large. As a result, the bending natural frequency of the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a is relatively high, and even if the rotating shaft 4 rotates at high speed, abnormal vibration due to resonance does not easily occur. As a result, the turbomachine 100a has good vibration characteristics.

回転軸4及び第二軸受2は、図2に示すように構成されていてもよい。ターボ機械100bは、回転軸4及び第二軸受2が図2に示すように構成されている点以外は、ターボ機械100aと同様に構成されている。ターボ機械100bにおいて、回転軸4は、第二テーパー部42を含む。第二テーパー部42は、第一翼車3aに向かって拡大する直径を有している。また、第二軸受2は、第二テーパー部42を支持するための第二支持面21を有する。第二軸受2は、例えば、すべり軸受として構成されている。第二支持面21によって、第二テーパー部42よりもわずかに大きい径を有するテーパー穴が形成されている。第二支持面21と第2テーパー部42との間には潤滑剤が含まれている。   The rotating shaft 4 and the second bearing 2 may be configured as shown in FIG. The turbomachine 100b is configured the same as the turbomachine 100a except that the rotating shaft 4 and the second bearing 2 are configured as shown in FIG. In the turbo machine 100b, the rotating shaft 4 includes a second tapered portion 42. The second tapered portion 42 has a diameter increasing toward the first impeller 3a. The second bearing 2 also has a second support surface 21 for supporting the second tapered portion 42. The second bearing 2 is configured, for example, as a slide bearing. The second support surface 21 forms a tapered hole having a diameter slightly larger than that of the second tapered portion 42. A lubricant is contained between the second support surface 21 and the second tapered portion 42.

回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体が高速で回転するとき、回転体の質量特性のアンバランス又は作動流体の非対称な流体力に起因して振動荷重が発生することがある。この振動荷重の軸方向の荷重が大きいと回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体のスラスト荷重が第一翼車3aから第一軸受1へ向かう向きとは逆向きにかかることがある。このようなスラスト荷重を第二軸受2によって支持できる。   When the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a rotates at high speed, vibrational load may occur due to imbalance of mass characteristics of the rotating body or asymmetric fluid force of the working fluid. If the axial load of this vibrational load is large, the thrust load of the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a may be applied in the direction opposite to the direction from the first impeller 3a toward the first bearing 1 . Such a thrust load can be supported by the second bearing 2.

ターボ機械100bにおいて、第二軸受2は、第一軸受1と第二軸受2との間に回転軸4の軸方向の中心が位置するように配置されている。これにより、回転軸4の中央部分の断面積が小さくなることを防止できる。なお、回転軸4が、例えば、ユニバーサルジョイントによって別の回転軸に連結されていても、回転軸4を含む回転体の曲げ振動は別の回転軸によってはほとんど影響を受けない。このため、この場合、回転軸4に連結された別の回転軸を無視して、回転軸4の軸方向の中心が定められる。   In the turbo machine 100b, the second bearing 2 is arranged between the first bearing 1 and the second bearing 2 so that the axial center of the rotating shaft 4 is located. Thereby, it can prevent that the cross-sectional area of the center part of the rotating shaft 4 becomes small. In addition, even if the rotating shaft 4 is connected to another rotating shaft by, for example, a universal joint, the bending vibration of the rotating body including the rotating shaft 4 is hardly affected by the other rotating shaft. For this reason, in this case, the axial center of the rotation shaft 4 is determined without regard to another rotation shaft connected to the rotation shaft 4.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係るターボ機械100c及びターボ機械100dについて説明する。第2実施形態に係るターボ機械100c及びターボ機械100dは、特に説明する場合を除き、ターボ機械100aと同様に構成されている。ターボ機械100aと同一又は対応するターボ機械100c及びターボ機械100dの構成要素には、ターボ機械100aと同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。第1実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、本実施形態にも適用される。
Second Embodiment
Next, a turbomachine 100c and a turbomachine 100d according to a second embodiment will be described. The turbomachine 100c and the turbomachine 100d according to the second embodiment are configured in the same manner as the turbomachine 100a except in the case where they are particularly described. The components of the turbomachine 100c that are the same as or correspond to those of the turbomachine 100a may be denoted by the same reference numerals as those of the turbomachine 100a, and the detailed description thereof may be omitted. The description of the first embodiment applies to the present embodiment as long as there is no technical contradiction.

ターボ機械100cは、第二翼車3bをさらに備えている。第二翼車3bは回転軸4に固定されている。第一軸受1及び第二軸受2は、第一翼車3a及び第二翼車3bを挟むように配置されている。ここで、第二軸受2は、ターボ機械100bの第二軸受2と同様に構成されており、これに伴い、回転軸4は、第二テーパー部42を含む。第二翼車3bは、低圧面131及び高圧面132を含む。低圧面131は、回転軸4が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける、第二翼車3bの面である。高圧面132は、低圧面131と反対側の面である。第二翼車3bの外周側にはケーシング5によって吐出流路73が形成されている。また、ターボ機械100cは、吐出流路71と第二翼車3bの低圧面131側の空間を連通させる接続流路72を備える。ターボ機械100cは、例えば、ターボ圧縮機である。第一翼車3aによって加圧された作動流体は、吐出流路71及び接続流路72を通って第二翼車3bへ吸い込まれる。作動流体は回転している第二翼車3bによって加速され、かつ、加圧され、吐出流路73を通ってターボ機械100cから吐出される。このように、作動流体は、第一翼車3a及び第二翼車3bによって二段圧縮されるので、圧縮効率が向上し、高い圧力比を達成できる。   The turbomachine 100c further includes a second impeller 3b. The second impeller 3 b is fixed to the rotation shaft 4. The first bearing 1 and the second bearing 2 are disposed to sandwich the first impeller 3a and the second impeller 3b. Here, the second bearing 2 is configured in the same manner as the second bearing 2 of the turbomachine 100b, and along with this, the rotary shaft 4 includes a second tapered portion 42. The second impeller 3 b includes a low pressure surface 131 and a high pressure surface 132. The low pressure surface 131 is a surface of the second impeller 3b which receives a relatively low pressure by the working fluid when the rotating shaft 4 rotates. The high pressure surface 132 is the surface opposite to the low pressure surface 131. A discharge passage 73 is formed by the casing 5 on the outer peripheral side of the second impeller 3b. In addition, the turbo machine 100c includes a connection flow path 72 that brings the discharge flow path 71 into communication with the space on the low pressure surface 131 side of the second impeller 3b. The turbo machine 100c is, for example, a turbo compressor. The working fluid pressurized by the first impeller 3a is sucked into the second impeller 3b through the discharge flow channel 71 and the connection flow channel 72. The working fluid is accelerated and pressurized by the rotating second impeller 3 b and discharged from the turbomachine 100 c through the discharge flow path 73. As described above, since the working fluid is compressed in two stages by the first impeller 3a and the second impeller 3b, the compression efficiency is improved and a high pressure ratio can be achieved.

第二翼車3bは、低圧面131と反対側の面(高圧面132)が第一翼車3aを向くように、回転軸4に固定されている。第二翼車3bが回転すると、図3における第二翼車3bの右側の面は作動流体の吸込圧力を受け、第一翼車3aの左側の面は作動流体の吐出圧力にほぼ等しい圧力を受ける。このため、第二翼車3bの回転により、図3の右方向へのスラスト荷重が発生する。すなわち、第一翼車3aの回転により発生するスラスト荷重の向きと第二翼車3bの回転により発生するスラスト荷重の向きとが逆である。このため、これらのスラスト荷重が互いに相殺されるので、ターボ機械100cの運転可能な圧力比の範囲が広い。   The second impeller 3b is fixed to the rotation shaft 4 so that the surface (high pressure surface 132) opposite to the low pressure surface 131 faces the first impeller 3a. When the second impeller 3b is rotated, the right surface of the second impeller 3b in FIG. 3 receives the suction pressure of the working fluid, and the left surface of the first impeller 3a has a pressure substantially equal to the discharge pressure of the working fluid. receive. Therefore, the thrust load in the right direction of FIG. 3 is generated by the rotation of the second impeller 3b. That is, the direction of the thrust load generated by the rotation of the first impeller 3a is opposite to the direction of the thrust load generated by the rotation of the second impeller 3b. For this reason, since these thrust loads cancel each other, the range of the operable pressure ratio of the turbomachine 100c is wide.

図4に示すターボ機械100dのように、第二翼車3bは、低圧面131が第一翼車3aを向くように、回転軸4に固定されていてもよい。この場合、第一翼車3aと第二翼車3bとの間の作動流体の流路(接続流路72)を短くできる。これにより、ターボ機械100dがターボ機械100cに比べて小型化されている。   Like the turbomachine 100d shown in FIG. 4, the second impeller 3b may be fixed to the rotation shaft 4 so that the low pressure surface 131 faces the first impeller 3a. In this case, the flow path (connection flow path 72) of the working fluid between the first impeller 3a and the second impeller 3b can be shortened. Thus, the turbomachine 100d is miniaturized as compared with the turbomachine 100c.

<変形例>
第1実施形態に係るターボ機械100a及びターボ機械100b並びに第2実施形態に係るターボ機械100c及びターボ機械100dは様々な観点から変更が可能である。以下に、ターボ機械100a〜100dの変形例について説明する。なお、以下の変形例に係る構成要素のうち、ターボ機械100a〜100dと同一又は対応する構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略することがある。
<Modification>
The turbo machine 100a and the turbo machine 100b according to the first embodiment and the turbo machine 100c and the turbo machine 100d according to the second embodiment can be modified from various viewpoints. Hereinafter, modified examples of the turbo machines 100a to 100d will be described. Note that among the components according to the following modification, components that are the same as or correspond to those of the turbo machines 100a to 100d are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof may be omitted.

(第1変形例)
第一軸受1の支持面11及び第二軸受2の支持面21は、それぞれ、図5A及び図5Bに示すように形成されていてもよい。第一支持面11は、第一支持面11によって形成されたテーパー穴の中心軸線Q1に対する第一支持面11の傾斜角θ2が回転軸4の中心軸線Pに対する第一テーパー部41の傾斜角θ1よりも大きいように形成されている。また、第二支持面21は、第二支持面21によって形成されたテーパー穴の中心軸線Q2に対する第二支持面21の傾斜角θ4が回転軸4の中心軸線Pに対する第二テーパー部42の傾斜角θ3よりも大きいように形成されている。この場合、傾斜角θ2の傾斜角θ1に対する比(θ2/θ1)は、例えば、1.0001〜1.01である。また、傾斜角θ4の傾斜角θ3に対する比(θ4/θ3)は、例えば、1.0001〜1.01である。
(First modification)
The support surface 11 of the first bearing 1 and the support surface 21 of the second bearing 2 may be formed as shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. In the first support surface 11, the inclination angle θ 2 of the first support surface 11 with respect to the central axis Q 1 of the tapered hole formed by the first support surface 11 is the inclination angle of the first tapered portion 41 with respect to the central axis P of the rotation shaft 4. and it is formed to be greater than theta 1. Further, in the second support surface 21, the inclination angle θ 4 of the second support surface 21 with respect to the central axis line Q 2 of the tapered hole formed by the second support surface 21 has a second tapered portion 42 with respect to the central axis P of the rotation shaft 4. and it is formed to be greater than the inclination angle theta 3. In this case, the ratio (θ 2 / θ 1 ) of the inclination angle θ 2 to the inclination angle θ 1 is, for example, 1.0001 to 1.01. Further, the ratio (θ 4 / θ 3 ) of the inclination angle θ 4 to the inclination angle θ 3 is, for example, 1.0001 to 1.01.

潤滑剤によって潤滑されている軸受と軸との潤滑の状態は以下のゾンマーフェルト数によって評価できる。ここで、μは潤滑剤の粘性係数[Pa・s]を、Nは軸の回転速度[s-1]を、Pは負荷面圧(負荷荷重/子午面断面積)[Pa]を、Rは軸の半径[m]を、cは軸受と軸との半径隙間[m]をそれぞれ意味する。
ゾンマーフェルト数=(μN/P)×(R/c)2
The state of lubrication between the bearing and the shaft being lubricated by the lubricant can be evaluated by the following Sommerfeld numbers. Here, μ is the viscosity coefficient [Pa · s] of the lubricant, N is the rotational speed of the shaft [s -1 ], P is the load surface pressure (load load / meridional section area) [Pa], R Denotes the radius [m] of the shaft, and c denotes the radial gap [m] between the bearing and the shaft.
Sommerfeld number = (μN / P) × (R / c) 2

図6は、第一支持面11と第一テーパー部41との間の潤滑剤の圧力と、第一支持面11が形成するテーパー穴の穴径が最小となる第一支持面11の最小径端部から軸方向への距離との関係を示す。ゾンマーフェルト数が低いと潤滑剤にかかる圧力は低い。第一テーパー部41の大径部分の半径は第一テーパー部41の小径部分の半径より大きいので、傾斜角θ1と傾斜角θ2が等しいと、潤滑剤の圧力は図6の破線に示すように第一テーパー部41の大径側でより高くなる。このため、軸受負荷が第一テーパー部41の大径側に偏ってしまう。これに対し、上記のように、傾斜角θ1と傾斜角θ2との関係が定められていれば、第一テーパー部41の軸方向においてゾンマーフェルト数のばらつきが少なくなる。このため、第一テーパー部41の軸方向における潤滑剤の圧力分布のばらつきが図6の実線で示すように小さくなる。これにより、軸受負荷容量を増加させることができる。このことは、傾斜角θ3と傾斜角θ4との関係にもあてはまる。 In FIG. 6, the pressure of the lubricant between the first support surface 11 and the first taper portion 41 and the minimum diameter of the first support surface 11 at which the hole diameter of the tapered hole formed by the first support surface 11 is minimized. The relationship with the distance from the end to the axial direction is shown. The lower the Sommerfeld number, the lower the pressure on the lubricant. Since the radius of the large diameter portion of the first tapered portion 41 is larger than the radius of the small diameter portion of the first tapered portion 41, the inclination angle theta 1 and the inclination angle theta 2 are equal, the pressure of the lubricant is shown in dashed lines in FIG. 6 As described above, the diameter of the first tapered portion 41 becomes higher on the large diameter side. For this reason, the bearing load is biased to the large diameter side of the first tapered portion 41. In contrast, as described above, if the relation is defined between the inclination angle theta 1 and the inclination angle theta 2, the variation of the Sommerfeld number is reduced in the axial direction of the first tapered portion 41. For this reason, the variation in the pressure distribution of the lubricant in the axial direction of the first tapered portion 41 is reduced as shown by the solid line in FIG. Thereby, bearing load capacity can be increased. This also applies to the relationship between the inclination angle theta 3 the inclination angle theta 4.

中心軸線Q1に沿って第一軸受1を切断したときの第一支持面11の稜線を延長して得られる仮想的な交点を交点1と定義する。また、中心軸線Pに沿って第一テーパー部41を切断したときの第一テーパー部41の稜線を延長して得られる仮想的な交点を交点2と定義する。第一テーパー部41の軸方向においてゾンマーフェルト数のばらつきをより少なくするために、第一支持面11は、交点1と交点2とが一致するように形成されていることが望ましい。このことは、第二支持面21と第二テーパー部42との関係についてもあてはまる。   A virtual intersection obtained by extending the ridge line of the first support surface 11 when the first bearing 1 is cut along the central axis Q1 is defined as the intersection 1. Further, a virtual intersection obtained by extending the ridge line of the first tapered portion 41 when the first tapered portion 41 is cut along the central axis P is defined as the intersection 2. In order to reduce variation in the number of sommer felts in the axial direction of the first tapered portion 41, it is desirable that the first support surface 11 be formed so that the intersection point 1 and the intersection point 2 coincide with each other. This applies to the relationship between the second support surface 21 and the second tapered portion 42.

(第2変形例)
図7Aに示すように、第一軸受1は、第一支持面11に潤滑剤を供給するための第一供給孔12を有してもよい。これにより、第一支持面11に潤滑剤を供給でき、潤滑剤の枯渇による焼き付きを防止できる。また、高圧の潤滑剤が第一供給孔12を通って供給されることによって、静圧効果による回転軸4を含む回転体の支持力が得られる。回転軸4が回転することによって生じる動圧効果による支持力だけでなく、静圧効果による支持力も加わるので、回転軸4が停止している場合でも回転軸4を浮き上がらせることができる。これにより、回転軸4の回転が停止したときに第一軸受1及び回転軸4のすべり面の損耗を非常に低く抑えることが出来る。静圧効果による支持力は、第一支持面11に垂直に作用するので、半径方向の支持力成分だけでなく、軸方向の支持力成分も有する。このため、軸方向の軸受負荷容量を増加させることができる。
(2nd modification)
As shown in FIG. 7A, the first bearing 1 may have a first supply hole 12 for supplying a lubricant to the first support surface 11. Thereby, the lubricant can be supplied to the first support surface 11, and the burn-in due to the exhaustion of the lubricant can be prevented. Also, the high pressure lubricant is supplied through the first supply hole 12 to obtain supporting force of the rotating body including the rotating shaft 4 by the static pressure effect. Not only the supporting force by the dynamic pressure effect generated by the rotation of the rotating shaft 4 but also the supporting force by the static pressure effect is applied, the rotating shaft 4 can be lifted even when the rotating shaft 4 is stopped. As a result, when the rotation of the rotary shaft 4 stops, it is possible to suppress wear of the sliding surfaces of the first bearing 1 and the rotary shaft 4 to a very low level. Since the bearing force due to the static pressure effect acts on the first bearing surface 11 perpendicularly, it has not only a radial bearing component but also an axial bearing component. For this reason, the bearing load capacity in the axial direction can be increased.

また、図7Aに示すように、第一供給孔12は、第一テーパー部41の直径が最大となる端部よりも第一テーパー部41の直径が最小となる端部に近いことが望ましい。これにより、潤滑剤の圧力が比較的小さい第一テーパー部41の小径側に潤滑剤による静圧効果を優先的に付与できる。このため、第一軸受1全体の軸受負荷容量が増加する。   Further, as shown in FIG. 7A, it is desirable that the first supply hole 12 be closer to the end where the diameter of the first tapered portion 41 is the smallest than the end where the diameter of the first tapered portion 41 is the largest. Thereby, the static pressure effect by the lubricant can be given preferentially to the small diameter side of the first tapered portion 41 in which the pressure of the lubricant is relatively small. As a result, the bearing load capacity of the entire first bearing 1 is increased.

図7Bに示すように、第二軸受2は、第二支持面21に潤滑剤を供給するための第二供給孔22を有してもよい。また、第二供給孔22は、第二テーパー部42の直径が最大となる端部よりも第二テーパー部42の直径が最小となる端部に近いことが望ましい。これにより、第二軸受2においても、上記の効果が得られる。   As shown in FIG. 7B, the second bearing 2 may have a second supply hole 22 for supplying a lubricant to the second support surface 21. Further, it is desirable that the second supply hole 22 be closer to the end where the diameter of the second tapered portion 42 is the smallest than the end where the diameter of the second tapered portion 42 is the largest. Thereby, also in the second bearing 2, the above-mentioned effect is obtained.

(第3変形例)
図8Aに示すように、第一軸受1は、第一供給孔12を有していることに加えて、第一支持面11の全部又は一部を形成する第一多孔質部材13を備えていてもよい。また、図8Bに示すように、第二軸受2は、第二供給孔22を有していることに加えて、第二支持面21の全部又は一部を形成する第二多孔質部材23を備えていてもよい。第一多孔質部材13及び第二多孔質部材23は、例えば、焼結金属、成長鋳鉄、又は合成樹脂などの多孔質材料によってできている。第一供給孔12の数が1つ又は少数であると、第一供給孔12の近傍における潤滑剤の温度又は圧力と、第一供給孔12から離れた位置における潤滑剤の温度又は圧力とが異なることがある。これにより、回転軸4の回転が不安定となる可能性がある。このことは、第二供給孔22の数が1つ又は少数である場合にもあてはまる。第一支持面11の全部又は一部が第一多孔質部材13によって形成されていると、第一軸受1において、潤滑剤の温度又は圧力の空間的なばらつきを抑制できる。また、第二支持面21の全部又は一部が第二多孔質部材23によって形成されていると、第二軸受2において、潤滑剤の温度又は圧力の空間的なばらつきを抑制できる。
(Third modification)
As shown in FIG. 8A, in addition to having the first supply holes 12, the first bearing 1 is provided with the first porous member 13 forming all or part of the first support surface 11. It may be Moreover, as shown to FIG. 8B, in addition to having the 2nd supply hole 22, the 2nd bearing 2 forms the 2nd porous member 23 which forms all or one part of the 2nd support surface 21. May be provided. The first porous member 13 and the second porous member 23 are made of, for example, a porous material such as sintered metal, growth cast iron, or synthetic resin. If the number of the first supply holes 12 is one or a few, the temperature or pressure of the lubricant in the vicinity of the first supply holes 12 and the temperature or pressure of the lubricant at a position away from the first supply holes 12 It may be different. Thereby, the rotation of the rotating shaft 4 may become unstable. This is also true when the number of second feed holes 22 is one or a few. When all or part of the first support surface 11 is formed by the first porous member 13, spatial variations in temperature or pressure of the lubricant can be suppressed in the first bearing 1. In addition, when all or part of the second support surface 21 is formed by the second porous member 23, in the second bearing 2, spatial variations in the temperature or pressure of the lubricant can be suppressed.

(その他の変形例)
回転軸4は、水平方向に延びていてもよいし、鉛直方向に延びていてもよい。回転軸4が鉛直方向に延びている場合、第一翼車3aは、回転軸4の回転によって発生するスラスト荷重が鉛直方向と反対方向に作用するように回転軸4に固定されていることが望ましい。この場合、回転軸4の回転によって発生するスラスト荷重を、回転軸4及び第一翼車3aを含む回転体に働く重力によって相殺できる。これにより、ターボ機械の運転可能な圧力比の範囲が広がる。
(Other modifications)
The rotation axis 4 may extend in the horizontal direction or in the vertical direction. When the rotating shaft 4 extends in the vertical direction, the first impeller 3a is fixed to the rotating shaft 4 so that the thrust load generated by the rotation of the rotating shaft 4 acts in the opposite direction to the vertical direction. desirable. In this case, the thrust load generated by the rotation of the rotating shaft 4 can be offset by the gravity acting on the rotating body including the rotating shaft 4 and the first impeller 3a. This widens the range of operable pressure ratios of the turbomachine.

本開示は、ターボ冷凍機、業務用空調などの空調製品に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。   The present disclosure is useful for a compressor of a refrigeration cycle apparatus that can be used for air conditioning products such as turbo chillers and commercial air conditioning.

1 第一軸受
2 第二軸受
3a 第一翼車
3b 第二翼車
4 回転軸
11 第一支持面
12 第一供給孔
13 第一多孔質部材
21 第二支持面
22 第二供給孔
23 第二多孔質部材
31 低圧面
41 第一テーパー部
42 第二テーパー部
100a〜100d ターボ機械
1 first bearing 2 second bearing 3a first impeller 3b second impeller 4 rotary shaft 11 first support surface 12 first supply hole 13 first porous member 21 second support surface 22 second supply hole 23 second supply hole Two porous members 31 low pressure surface 41 first tapered portion 42 second tapered portion 100a to 100d turbomachine

Claims (14)

常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を作動流体として用いた冷凍サイクル装置のためのターボ機械であって、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記回転軸が回転するときに作動流体によって相対的に低い圧力を受ける低圧面を含む第一翼車と、
前記第一翼車の前記低圧面側に配置され、前記回転軸を支持する第一軸受と、
前記第一翼車を挟んで前記第一軸受と反対側で前記回転軸を支持する第二軸受と、を備え、
前記回転軸は、少なくとも前記第一軸受によって支持されている領域において前記第一翼車の低圧面に向かって拡大する直径を有する第一テーパー部を含み、
前記第一軸受は、前記第一翼車の低圧面に向かって直径が拡大する第一支持面を有して前記第一テーパー部を支持し、
前記第一軸受、前記第一翼車、及び前記第二軸受が前記回転軸の長さ方向に沿ってこの順に配置されている、
ターボ機械。
A turbo machine for a refrigeration cycle apparatus using a refrigerant whose saturation vapor pressure at normal temperature is a negative pressure as a working fluid,
With the rotation axis,
A first impeller fixed to the rotating shaft and including a low pressure surface which receives a relatively low pressure by the working fluid as the rotating shaft rotates;
A first bearing disposed on the low pressure surface side of the first impeller and supporting the rotating shaft;
And a second bearing that supports the rotating shaft on the side opposite to the first bearing with the first impeller interposed therebetween.
The rotating shaft includes a first tapered portion having a diameter that expands toward the low pressure surface of the first impeller at least in the region supported by the first bearing,
The first bearing has a first support surface whose diameter increases toward the low pressure surface of the first impeller to support the first tapered portion.
The first bearing, the first impeller, and the second bearing are disposed in this order along the longitudinal direction of the rotation shaft.
Turbo machine.
前記回転軸に固定された第二翼車をさらに備え、
前記第一軸受、前記第一翼車、前記第二翼車、及び前記第二軸受が前記回転軸の長さ方向に沿ってこの順に配置されている、請求項1に記載のターボ機械。
It further comprises a second impeller fixed to the rotating shaft,
The turbo machine according to claim 1, wherein the first bearing, the first impeller, the second impeller, and the second bearing are disposed in this order along the longitudinal direction of the rotation shaft.
前記第二翼車における、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面は、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に高い圧力を受ける面よりも、前記第二軸受に近い、請求項2に記載のターボ機械。   The surface of the second impeller, which receives a relatively lower pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates, is a surface that receives a relatively higher pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates. The turbo machine according to claim 2, wherein the second bearing is also close to the second bearing. 前記第二翼車における、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に高い圧力を受ける面は、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面よりも、前記第二軸受に近い、請求項2に記載のターボ機械。   The surface of the second impeller, which receives a relatively higher pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates, is a surface that receives a relatively lower pressure by the working fluid when the rotation shaft rotates. The turbo machine according to claim 2, wherein the second bearing is also close to the second bearing. 前記第一支持面によって形成されたテーパー穴の中心軸線に対する前記第一支持面の傾斜角は、前記回転軸の中心軸線に対する前記第一テーパー部の傾斜角よりも大きい、請求項1〜4のいずれか1項に記載のターボ機械。   The inclination angle of the first support surface with respect to the central axis of the tapered hole formed by the first support surface is larger than the inclination angle of the first tapered portion with respect to the central axis of the rotation axis. The turbo machine according to any one of the items. 前記第一軸受は、第一供給孔を有し且つ前記第一供給孔を介して前記第一支持面に潤滑剤を供給する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のターボ機械。   The turbo machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the first bearing has a first supply hole and supplies a lubricant to the first support surface via the first supply hole. 前記第一供給孔は、前記第一テーパー部の直径が最大となる端部よりも前記第一テーパー部の直径が最小となる端部に近い位置に設けられている、請求項6に記載のターボ機械。   The first supply hole is provided at a position closer to an end where the diameter of the first tapered portion is the smallest than an end where the diameter of the first tapered portion is the largest. Turbo machine. 前記第一軸受は、前記第一支持面の全部又は一部を形成する第一多孔質部材を備える、請求項6又は7に記載のターボ機械。   The turbo machine according to claim 6, wherein the first bearing comprises a first porous member forming all or part of the first support surface. 前記回転軸が重力方向に延びており、
前記第一翼車における、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に低い圧力を受ける面は、前記回転軸が回転するときに前記作動流体によって相対的に高い圧力を受ける面よりも、前記重力方向の上向きに位置する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のターボ機械。
The rotation axis extends in the direction of gravity,
The surface of the first impeller that receives a relatively lower pressure by the working fluid when the rotating shaft rotates is a surface that receives a relatively higher pressure by the working fluid when the rotating shaft rotates. The turbo machine according to any one of claims 1 to 8, wherein the turbo machine is also located upward in the direction of gravity.
前記回転軸は、前記第二軸受に対応する位置に、前記第一翼車に向かって拡大する直径を有する第二テーパー部を有し、
前記第二軸受は、前記第一翼車に向かって直径が拡大する第二支持面を有して前記第二テーパー部を支持する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のターボ機械。
The rotating shaft has a second tapered portion having a diameter increasing toward the first impeller at a position corresponding to the second bearing,
The turbomachine according to any one of claims 1 to 9, wherein the second bearing has a second support surface whose diameter increases toward the first impeller to support the second tapered portion. .
前記第二支持面によって形成されたテーパー穴の中心軸線に対する前記第二支持面の傾斜角が前記回転軸の中心軸線に対する前記第二テーパー部の傾斜角よりも大きい、請求項10に記載のターボ機械。   The turbo according to claim 10, wherein the inclination angle of the second support surface with respect to the central axis of the tapered hole formed by the second support surface is larger than the inclination angle of the second tapered portion with respect to the central axis of the rotation axis. machine. 前記第二軸受は、第二供給孔を有し且つ前記第二供給孔を介して前記第二支持面に潤滑剤を供給する、請求項10又は11に記載のターボ機械。   The turbo machine according to claim 10, wherein the second bearing has a second supply hole and supplies a lubricant to the second support surface via the second supply hole. 前記第二供給孔は、前記第二テーパー部の直径が最大となる端部よりも前記第二テーパー部の直径が最小となる端部に近い位置に設けられている、請求項12に記載のターボ機械。   The second supply hole according to claim 12, wherein the second supply hole is provided at a position closer to the end at which the diameter of the second tapered portion is the smallest than the end at which the diameter of the second tapered portion is the largest. Turbo machine. 前記第二軸受は、前記第二支持面の全部又は一部を形成する第二多孔質部材を備える、請求項12又は13に記載のターボ機械。   The turbo machine according to claim 12, wherein the second bearing comprises a second porous member forming all or part of the second support surface.
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